核电站及调整其发电电路的方法

专利名称:核电站及调整其发电电路的方法
本发明涉及一座核电站。它也涉及一种调整一座核电站的发电电路的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一座核电站，包括一个使用气体作为一种工作流体的闭环发电电路；以及一个用于调整该发电电路的启动鼓风机系统。
该工作流体通常是氦。
该发电电路通常可以包括一个具有工作流体入口与工作流体出口的核反应堆、一个其上游侧被连接到该反应堆出口的涡轮机装置、至少一个压缩机以及至少一个热交换器，该电站还包括一台由该涡轮机装置驱动连接的发电机；以及一个能以可分离方式连接到该发电机的可变电阻柜。
该涡轮机装置可以包括一台驱动连接到一台高压压缩机的高压涡轮机、一台驱动连接到一台低压压缩机的低压涡轮机以及一台驱动连接到该发电机的动力涡轮机。
该发电电路可以包括一个具有高压侧及低压侧的回热装置，该回热装置的每一侧都具有一个入口及一个出口；一个连接在该回热装置低压侧的出口与该低压压缩机的入口之间的预冷却器；以及一个连接在该低压压缩机的出口与该高压压缩机的入口之间的中间冷却器，该启动鼓风机系统位于该回热装置低压侧的出口与该预冷却器的入口之间。
该发电电路可以包括一条安装了低压再循环阀的低压再循环管线，该低压再循环管线从该低压压缩机的出口与该中间冷却器的一个入口之间的位置延伸到该启动鼓风机系统与该预冷却器的入口之间的位置。
该发电电路还可以包括一条安装了高压再循环阀的高压再循环管线，该管线从该高压压缩机的一个出口与该回热装置高压侧的入口之间的位置延伸到该低压压缩机的出口与该中间冷却器的一个入口之间的位置。
该发电电路可以包括一条安装了回热装置旁路阀的回热装置旁路管线，该旁路管线从该回热装置高压侧的入口的上游位置延伸到该回热装置高压侧的出口的下游位置。
该发电电路还可以包括一个高压冷却剂阀及一个低压冷却剂阀，该高压冷却剂阀被设计得能在开通时提供氦从该高压压缩机的高压侧流向该低压涡轮机的入口的一条旁路，该低压冷却剂阀被设计得能提供氦从该高压压缩机的高压侧流向该动力涡轮机的入口的一条旁路。
该启动鼓风机系统可以并联包括一台启动鼓风机及一个常开启动鼓风机系统平行排列(in-line)阀，该阀被串联到该回热装置的低压侧与该预冷却器之间。
该启动鼓风机系统最好包括两台并联的鼓风机以及一个与每台鼓风机连接的常闭隔离阀。
该核电站可以是一座使用球形燃料元件的高温氦冷球形燃料反应堆。
为了使该核电站转变到准备就绪可供发电运行及连入电网的备用模式，必须在该发电电路中创造稳定的条件，这就被称为该发电电路的调整。
根据本发明的另一个方面，在一座包括闭环发电电路的核电站中提供调整该发电电路的方法，该方法包括借助启动鼓风机系统使氦沿该发电电路循环。
该启动鼓风机系统可以具有一个常开启动鼓风机系统平行排列阀、至少一台与该启动鼓风机系统平行排列阀并联连接的鼓风机以及一个与该鼓风机或每台鼓风机串联连接的常闭隔离阀，该方法可以包括如下步骤关闭该启动鼓风机系统平行排列阀；开通该隔离阀或每个隔离阀；以及运行该鼓风机或每台鼓风机以使氦沿该发电电路循环。
该方法还包括使该发电电路中的压力稳定到10巴与50巴之间的压力。
如果该电站被设计得在正常运行时采用一个布雷顿(Brayton)循环作为热动力学转换循环，而且该发电电路包括一台高压压缩机、一台低压压缩机、一条使氦能够环绕该高压压缩机再循环的高压再循环管线、一条使氦能够环绕该低压压缩机再循环的低压再循环管线、以及用来调节氦的经由该高压再循环管线及低压再循环管线的流动的一个高压再循环阀及一个低压再循环阀，那么，为了防止该布雷顿循环的过早启动，该方法可以包括开通该高压与低压再循环阀中的至少一个阀(但最好同时开通这两个阀)的步骤。
该方法可以包括调节进入该启动鼓风机系统的气体温度，从而降低损害该启动鼓风机系统的危险。
该方法可以包括将该启动鼓风机系统的出口温度限制到低于预定值的温度，通常不高于250℃。
如果该发电电路包括一个具有一个高压侧及一个低压侧的回热装置，那么，该方法可以包括调节进入该回热装置的氦的温度的步骤。
该方法可以包括将进入该回热装置的氦的温度限制到不高于600℃的温度。
如果该电站包括一条设计得允许氦从该回热装置的高压侧旁路的回热装置旁路管线以及一个用于调节氦的经由该回热装置旁路管线的流动的回热装置旁路阀，那么，调节进入该回热装置的氦的温度可以包括操作该回热装置旁路阀来调节氦的经由该回热装置的流动。
如果该发电电路包括一个高压冷却剂阀及一个低压冷却剂阀，这些阀被设计得能在开通时提供氦从该高压压缩机的高压侧到该低压涡轮机的入口以及从该高压压缩机的高压侧到该动力涡轮机的入口的一条旁路，那么，调节进入该回热装置的氦的温度可以包括操作该高压冷却剂阀及该低压冷却剂阀中的至少一个阀。
该方法可以包括操作该回热装置旁路阀以便调节该反应堆入口温度并控制该启动鼓风机系统的温度。操作该回热装置旁路阀还能够使该系统中的冷却器更有效地带走该堆芯中产生的热量。最好是操作该回热装置旁路阀来维持该启动鼓风机系统的出口温度低于预定值，通常是250℃。
如果该电站包括一台驱动连接到一台发电机的动力涡轮机，那么该方法可以包括稳定与控制该动力涡轮机速度的步骤。
稳定与控制该动力涡轮机速度可以通过改变该发电机的负荷来实现。
该方法可以包括借助一个可变电阻柜来改变该发电机的电气负荷。
现在开始借助示例方式并参考所附示意例图来描述本发明，该例图是一个符合本发明的核电站的一幅示意图。
在该例图中，参考数字10总体代表符合本发明的一座核电站本身。
核电站10包括一个由参考数字12总体表示的闭环发电电路。发电电路12包括一个核反应堆14、一台高压涡轮机16、一台低压涡轮机18、一台动力涡轮机20、一个回热装置22、一个预冷却器24、一台低压压缩机26、一个中间冷却器28以及一台高压压缩机30。
反应堆14是使用球形燃料元件的球形燃料反应堆。反应堆14具有一个氦入口14.1及一个氦出口14.2。
高压涡轮机16被驱动连接到高压压缩机30，而且具有一个上游侧或入口16.1及一个下游侧或出口16.2，该入口16.1被连接到反应堆14的出口14.2。
低压涡轮机18被驱动连接到低压压缩机26，而且具有一个上游侧或入口18.1及一个下游侧或出口18.2，该入口18.1被连接到高压涡轮机16的出口16.2。
核电站10包括一台用参考数字32总体表示的、由动力涡轮机20驱动连接的发电机。动力涡轮机20包括一个上游侧或入口20.1及一个下游侧或出口20.2。动力涡轮机20的入口20.1被连接到低压涡轮机18的出口18.2。
一个可变电阻柜33能以可分离方式被连接到发电机32。
回热装置22具有一个高温或低压侧34以及一个低温或高压侧36。回热装置的低压侧34具有一个入口34.1及一个出口34.2。该低压侧的入口34.1被连接到动力涡轮机20的出口20.2。
预冷却器24是一个氦到水的热交换器，包括一个氦入口24.1及一个氦出口24.2。预冷却器24的入口24.1被连接到回热装置22的低压侧34的出口34.2。
低压压缩机26具有一个上游侧或入口26.1及一个下游侧或出口26.2。低压压缩机26的入口26.1被连接到预冷却器24的氦出口24.2。
中间冷却器28是一个氦到水的热交换器，包括一个氦入口28.1及一个氦出口28.2。氦入口28.1被连接到低压压缩机26的出口26.2。
高压压缩机30包括一个上游侧或入口30.1及一个下游侧或出口30.2。高压压缩机30的入口30.1被连接到中间冷却器28的氦出口28.2。高压压缩机30的出口30.2被连接到回热装置22的高压侧的入口36.1。回热装置22的高压侧的一个出口36.2被连接到反应堆14的入口14.1。
核电站10包括一个用参考数字38总体表示的、连接在回热装置22的低压侧34的出口34.2与预冷却器24的入口24.1之间的启动鼓风机系统。
启动鼓风机系统38包括一个常开启动鼓风机系统平行排列阀40，该阀被平行连接在回热装置低压侧的出口34.2与预冷却器24的入口24.1之间。两台鼓风机42与启动鼓风机系统平行排列阀40并联连接，一个常闭隔离阀44与每个鼓风机42相关并与之串联连接。
一条低压压缩机再循环管线46从低压压缩机26的出口或下游侧26.2与中间冷却器28的入口28.1之间的位置延伸到启动鼓风机系统38与预冷却器24的入口24.1之间的位置。一个常闭低压再循环阀48被安装在低压压缩机再循环管线46之内。
一条高压压缩机再循环管线50从高压压缩机的出口或下游侧30.2与回热装置22的高压侧36的入口36.1之间的位置延伸到低压压缩机26的出口或下游侧26.2与中间冷却器28的入口28.1之间的位置。一个常闭高压再循环阀51被安装在高压压缩机再循环管线50之内。
一条回热装置旁路管线52从回热装置22的高压侧36的入口36.1的上游位置延伸到回热装置22的高压侧36的出口36.2的下游位置。一个常闭回热装置旁路阀54被安装在回热装置旁路管线52之内。
电站10包括一个高压冷却剂阀56及一个低压冷却剂阀58。高压冷却剂阀56被设计得能够在开通时提供氦从高压压缩机30的高压侧或出口30.2到低压涡轮机18的入口或低压侧18.1的一条旁路。低压冷却剂阀58被设计得能够在开通时提供氦从高压压缩机30的高压侧或出口30.2到动力涡轮机20的入口20.1的一条旁路。
为了使核电站10从备用模式转变到发电运行模式，必须在发电电路12中创造稳定的热动力学条件。这被称为发电电路的发电运行调整。
在使用中，为了调整用于发电运行模式的发电电路，要执行启动该启动鼓风机系统的程序。更特别的是，要关闭启动鼓风机平行排列阀40。为了稳定该发电电路中的质量流量，要开通每个隔离阀44并运行鼓风机42。
发电电路12被设计得能够使用一个布雷顿循环来作为热动力学转换循环，而且，为了防止过早启动该布雷顿循环，高压及低压压缩机再循环阀48及51都要开通。
回热装置旁路阀54的位置与鼓风机42的速度都要加以控制以便调节该反应堆的调整温度。
为了降低损坏鼓风机42的危险，重要的是使这些鼓风机中的最高温度维持得低于预定的最高温度，通常是250℃。在这一方面，要操作控制该堆芯入口温度的回热装置旁路阀54，从而间接地控制启动鼓风机系统38的最高温度。
而且，为了调节回热装置22内的最高温度，要对高压冷却剂阀56及低压冷却剂阀58中的一个或者两者进行操作来保证该回热装置内的最高温度维持低于预定的最高温度，通常为600℃。
如果在发电电路12内达到了稳定条件，那么核电站10就处于准备就绪以供发电及连入电网的发电运行模式。
权利要求
1.一座核电站，包括一个使用气体作为工作流体的闭环发电电路；以及一个用于调整该发电电路的启动鼓风机系统。
2.如权利要求
1的核电站，其中该发电电路包括一个具有工作流体入口与工作流体出口的核反应堆，一个涡轮机组件，其上游侧连接到该反应堆的出口，至少一台压缩机和至少一个热交换器，该电站进一步包括驱动连接到该涡轮机组件的发电机；以及可断开地连接到该发电机的可变电阻柜。
3.如权利要求
2的电站，其中该涡轮机组件包括一个驱动地连接到高压压缩机的高压涡轮机、一台驱动连接到低压压缩机的低压涡轮机及一台驱动连接到发电机的动力涡轮机。
4.如权利要求
3的电站，其中该发电电路包括一个具有高压侧及低压侧的回热装置，该回热装置的每一侧都有一个入口及一个出口，一个连接在该回热装置低压侧的出口与该低压压缩机的入口之间的预冷却器，以及一个连接在该低压压缩机的出口与该高压压缩机的入口之间的中间冷却器；该启动鼓风机系统位于该回热装置低压侧的出口与该预冷却器的入口之间。
5.如权利要求
4的电站，其中该发电电路包括一条安装了一个低压再循环阀的低压再循环管线，该低压再循环管线从该低压压缩机的出口与该中间冷却器的入口之间的位置延伸到该启动鼓风机系统与该预冷却器的入口之间的位置。
6.如权利要求
4或5的电站，其中该发电电路包括一条安装了一个高压再循环阀的高压再循环管线，该管线从该高压压缩机的出口与该回热装置高压侧的入口之间的位置延伸到该低压压缩机的出口与该中间冷却器的入口之间的位置。
7.如权利要求
4-6中任一个的电站，其中该发电电路包括一条安装了一个回热装置旁路阀的回热装置旁路管线，该旁路管线从该回热装置高压侧的入口的上游位置延伸到该回热装置高压侧的出口的下游位置。
8.如权利要求
4至7中任何一项的电站，其中该发电电路还包括一个高压冷却剂阀与一个低压冷却剂阀，该高压冷却剂阀被设计得能在开通时提供氦从该高压压缩机的高压侧到该低压涡轮机的入口的一条旁路，该低压冷却剂阀被设计得能提供氦从该高压压缩机的高压侧到该动力涡轮机的入口的一条旁路。
9.如权利要求
4至8中任何一项的电站，其中该启动鼓风机系统并联包括一台启动鼓风机以及一个常开启动鼓风机系统平行排列阀，该阀被串联连接在该回热装置低压侧与该预冷却器之间。
10.如权利要求
9的电站，其中该启动鼓风机系统包括两台并联连接的鼓风机以及与每台鼓风机相联的一个常闭隔离阀。
11.如权利要求
2-10中的任何一项的电站，其中该核反应堆是一座使用球形燃料元件的高温氦冷球形燃料反应堆。
12.在一座包括闭环发电电路的核电站中提供一种调整发电电路的方法，该方法包括借助一个启动鼓风机系统使氦环绕该发电电路循环的步骤。
13.如权利要求
12的方法，其中该启动鼓风机系统具有一个常开启动鼓风机系统平行排列阀，至少一台鼓风机与该启动鼓风机系统平行排列阀并联连接，而且一个常闭隔离阀与该鼓风机或与每台鼓风机串联连接，包括下列步骤关闭该启动鼓风机系统平行排列阀；打开该或每个隔离阀；操作该或每个鼓风机以使氦环绕该发电电路循环。
14.如权利要求
12或13的方法，包括将发电电路中的压力稳定在10巴与50巴之间。
15.如权利要求
12-14中任一个方法，包括当在正常操作期间该电站被设计得采用一个布雷顿循环作为该热动力学转换循环时，该发电电路包括一台高压压缩机、一台低压压缩机、一条能够使氦沿该高压压缩机再循环的高压再循环管线、一条能够使氦沿该低压压缩机再循环的低压再循环管线、以及用来分别调节氦的经由该高压再循环管线及低压再循环管线的流动的一个高压再循环阀及一个低压再循环阀，以防止该布雷顿循环的过早启动，该方法包括打开该高、低压再循环阀中的至少一个。
16.如权利要求
15的方法，包括调节进入该启动鼓风机系统的气体的温度。
17.如权利要求
16的方法，包括将该启动鼓风机系统的出口温度限制到不高于250℃的温度。
18.如权利要求
17的方法，如果该发电电路包括一个具有高压侧及低压侧的回热装置，那么该方法包括调节进入该回热装置的氦的温度的步骤。
19.如权利要求
18的方法，包括将进入该回热装置的氦的温度限制到不高于600℃的温度。
20.如权利要求
18或19的方法，如果该电站包括一条设计得能允许氦从该回热装置高压侧旁路的回热装置旁路管线以及一个用于调节氦的经由该回热装置旁路管线的流动的回热装置旁路阀，那么，该方法中调节进入该回热装置的氦的温度就包括操作该回热装置旁路阀来调节氦的经由该回热装置的流动。
21.如权利要求
18至20中任一个的方法，如果该发电电路包括一个高压冷却剂阀及一个低压冷却剂阀，这些阀被设计得能够在开通时分别提供氦从该高压压缩机的高压侧到该低压涡轮机的入口以及从该高压压缩机的高压侧到该动力涡轮机的入口的一条旁路，那么该方法中调整进入该回热装置的氦的温度就包括操作该高压冷却剂阀及该低压冷却剂阀中的至少一个阀。
22.如权利要求
12-21中任一个的方法，如果该电站包括一台驱动连接到一台发电机的动力涡轮机，那么该方法包括稳定并控制该动力涡轮机速度的步骤。
23.如权利要求
22的方法，其中稳定并控制该动力涡轮机速度的操作通过改变该发电机的负荷来实现。
24.如权利要求
23的方法，包括借助一个可变电阻柜来改变该发电机的电气负荷。
25.实质如本文所述的、权利要求
1的电站。
26.实质如本文所述的、权利要求
12的方法。
27.实质如本文所述并演示的一座新电站或一种新方法。
专利摘要
在一座使用高温气冷反应堆的核电站中，在开始发电并将一台发电机连接到一个配电网之前，必须调整该电站的发电电路。这涉及在该发电电路内创造稳定的条件。为此，该电站包括一个启动鼓风机系统以便使工作流体(通常为氦)沿该发电电路循环，直到这些希望的条件被满足为止。该启动鼓风机系统通常包括一个常开平行排列阀、至少一个与该平行排列阀并联连接的鼓风机以及一个与该鼓风机串联连接的常闭隔离阀。调整该发电电路通常会包括使该电路中的压力稳定在10巴到50巴之间。
文档编号G21D3/08GKCN1541395SQ02809169
公开日2004年10月27日 申请日期2002年3月27日
发明者迈克尔·科雷亚, 迈克尔 科雷亚, 威廉·阿德里安·奥登达尔·克里尔, 阿德里安 奥登达尔 克里尔 申请人:球燃料床反应器(私人)有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan